Таза және тиімді энергия сақтау технологиялары жаңартылатын энергия инфрақұрылымын құру үшін маңызды.Литий-ионды аккумуляторлар қазірдің өзінде жеке электронды құрылғыларда басым және сенімді желі деңгейіндегі сақтау және электр көліктері үшін перспективалы үміткерлер болып табылады.Дегенмен, олардың зарядтау жылдамдығы мен пайдалану мерзімін жақсарту үшін одан әрі дамыту қажет.
Осындай тезірек зарядталатын және ұзақ қызмет ететін батареяларды дамытуға көмектесу үшін ғалымдар жұмыс істеп тұрған батареяның ішінде болып жатқан процестерді түсініп, батарея өнімділігіндегі шектеулерді анықтауы керек.Қазіргі уақытта белсенді батарея материалдарын жұмыс істеп тұрған кезде визуализациялау күрделі және қымбат болуы мүмкін күрделі синхротронды рентгендік немесе электронды микроскопия әдістерін қажет етеді және жиі тез зарядталатын электрод материалдарында болатын жылдам өзгерістерді түсіру үшін жеткілікті жылдам суретке түсіре алмайды.Нәтижесінде, жеке белсенді бөлшектердің ұзындық шкаласында және коммерциялық маңызды жылдам зарядтау жылдамдықтарында иондар динамикасы негізінен зерттелмеген.
Кембридж университетінің зерттеушілері литий-иондық аккумуляторларды зерттеу үшін арзан зертханалық оптикалық микроскопия әдісін жасау арқылы бұл мәселені еңсерді.Олар Nb14W3O44 жеке бөлшектерін зерттеді, бұл қазіргі кездегі ең жылдам зарядталатын анодтық материалдардың бірі.Көрінетін жарық батареяға кішкентай шыны терезе арқылы жіберіледі, бұл зерттеушілерге нақты уақытта, нақты тепе-теңдік емес жағдайларда белсенді бөлшектердегі динамикалық процесті бақылауға мүмкіндік береді.Бұл жекелеген белсенді бөлшектер арқылы қозғалатын алдыңғы тәрізді литий-концентрациялық градиенттерді анықтады, нәтижесінде кейбір бөлшектердің сынуына әкеліп соқтыратын ішкі кернеу пайда болды.Бөлшектердің сынуы батареялар үшін проблема болып табылады, өйткені бұл фрагменттердің электрлік ажыратылуына әкелуі мүмкін, бұл батареяның сақтау сыйымдылығын азайтады.Кембридждегі Кавендиш зертханасының авторларының бірі, доктор Кристоф Шнедерманн: «Мұндай өздігінен болатын оқиғалар батареяға ауыр әсер етеді, бірақ бұрын ешқашан нақты уақытта байқалмады», - дейді.
Оптикалық микроскопия техникасының жоғары өткізу қабілеттілігі зерттеушілерге бөлшектердің үлкен популяциясын талдауға мүмкіндік берді, бұл бөлшектердің крекингінің делитизацияның жоғары жылдамдығымен және ұзағырақ бөлшектерде жиі кездесетінін көрсетті.Кембридждегі Кавендиш зертханасының және химия бөлімінің PhD кандидаты Элис Мерривезер: «Бұл нәтижелер материалдардың осы сыныбында бөлшектердің сынуы мен сыйымдылығының төмендеуін азайту үшін тікелей қолданылатын дизайн принциптерін қамтамасыз етеді», - дейді.
Алға қарай, әдістеменің негізгі артықшылықтары, соның ішінде деректерді жылдам алу, бір бөлшекті ажыратымдылық және жоғары өткізу мүмкіндіктері — батареялар істен шыққан кезде не болатынын және оның алдын алу жолдарын одан әрі зерттеуге мүмкіндік береді.Бұл әдісті аккумуляторлық материалдың кез келген түрін зерттеу үшін қолдануға болады, бұл оны келесі ұрпақ батареяларын әзірлеуде басқатырғыштың маңызды бөлігі етеді.
Жіберу уақыты: 17 қыркүйек 2022 ж